JPH08164605A

JPH08164605A - インクジェットヘッドおよびその製造方法

Info

Publication number: JPH08164605A
Application number: JP31099894A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Inui; 哲也乾; Koji Matoba; 宏次的場; Susumu Hirata; 進平田; Yorishige Ishii; 頼成石井; Shingo Abe; 新吾阿部; Masaharu Kimura; 正治木村; Masaru Horinaka; 大堀中; Yutaka Onda; 裕恩田
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1994-12-14
Filing date: 1994-12-14
Publication date: 1996-06-25
Also published as: EP0716925A2; EP0716925A3

Abstract

(57)【要約】【目的】寿命が長く、しかも駆動速度の速い高集積度
の集積度が高いインクジェットヘッドを得るようにす
る。【構成】駆動体１０２が熱変形するタイプのものを使
用しており、高寿命化を図れる。また、その駆動体１０
２が熱変形するとインク室１０５を加圧し、インクを吐
出させるが、駆動体１０２の裏面には空隙１１０が設け
られ、その空隙１１０にまで空気よりも熱伝導率の高い
インクが充填されているので、駆動体１０２の冷却が速
く、高速度で駆動できる。また、その駆動体１０２は、
圧電素子のような機械加工を必要としないので、高集積
化が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、インクを飛翔させて記
録を行ういわゆるインクジェットプリンター等に用いら
れるインクジェットヘッドおよびその製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、計算機の発達に伴い、その情報の
出力装置としてプリンターの存在が重要となっている。
すなわち、計算機からのコード情報や画像情報等を、紙
やＯＨＰ（オーバーヘッドプロジェクター）用のフィル
ムに印字・印刷するためのプリンターに、計算機の小型
高性能化に伴ってより高性能化や小型化、高機能化が求
められている。

【０００３】かかるプリンターうち、液状のインクを紙
や高分子フィルム等に吐出させ、文字情報、画像を形成
するインクジェットプリンターは、装置の小型化、高性
能化、低消費電力化などが可能であるという点で、近年
開発が盛んに行われている。このインクジェットプリン
ターにおいて、構造上、最も重要なのは、インクを吐出
させるインクジェットヘッドと呼ばれる部分であり、こ
のヘッドをいかに小型にかつ低コストで作製できるかで
ある。

【０００４】ところで、インクジェットプリンターにお
けるインクの吐出方式としては、従来より以下の３つの
方式が知られている。第１の方式は、圧電素子を用いる
方式で、図７に示したように、圧電素子１に高電圧を印
加して圧電素子１に機械的な変形を生じさせ（図７
（ａ）および（ｂ）参照）、この機械的な変形によりイ
ンク圧力室２に圧力を発生させ、これによりノズル３よ
りインク４を粒状にして吐出させる方式である。

【０００５】第２の方式としては、図８に示すように、
キャビティー内部にヒーター５を設け、このヒーター５
を急速に加熱することによりインクを沸騰させて泡を形
成し、この泡の発生による圧力変化でインクをノズル６
から吐出させる、いわゆるバブルジェット方式である。

【０００６】第３の方式としては、インク室中にバイメ
タル素子を設け、このバイメタル素子を加熱して変形さ
せ、この変形によりインクを加圧して吐出させる方式で
ある（特開平２−３０５４３号）。

【０００７】なお、インクジェットヘッドの製造方法と
して、シリコン単結晶の異方性エッチングを利用し、図
９に示すように、シリコン単結晶の基板に異方性エッチ
ングを用いて溝を形成し、この基板の上に上板を接着し
てインク室を形成する方法が知られている（Proc. IEE
E,vol.70,no.5,pp.420-457,May1982.）

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
た各方式のインクジェットヘッドには、以下のような問
題があった。まず、第１の方式では、圧電材料を多層化
して圧電素子を形成し、それを機械的に加工してヘッド
を形成するが、圧電素子を形成するときに機械的に加工
する必要があるため、インク室の間隙をあまり小さくで
きず、結果的にインクを吐出させるノズルの間隙を小さ
くできないという欠点があった。

【０００９】第２のバブルジェット方式の場合は、イン
クを沸騰させて泡を形成する必要があるため、ヒーター
を瞬間的に数１００℃の高温にする必要があり、ヒータ
ーの劣化が避けられず、寿命が短いという欠点があっ
た。

【００１０】第３の方式では、インクを吐出させる駆動
源として機能するバイメタルを、異種材料を貼り合わせ
た積層構造とする必要があり、構造が複雑となるという
欠点があった。

【００１１】更に、方式に拘らず、インクを吐出させる
ための駆動源を作製する場合、微小な駆動源を多数一括
して作製することが要求される。特に、第３の方式では
個別に部品を作製して組み立てなくてはならず、集積化
が困難であった。

【００１２】従って、いずれの方式による場合でも、寿
命が長く集積度の高いヘッドが得られないという欠点が
あった。

【００１３】なお、シリコン単結晶の異方性エッチング
を利用した方法にてインク室を形成した場合、熱による
駆動源の変形現象を利用してインクの吐出を行う方式を
採用すると、駆動源のインクと接する側とは反対側が空
気に接する構成となるので、熱の放散が行われにくく冷
却速度が遅くなり、その結果として応答速度が遅くなっ
て、速い速度でヘッドを駆動することができないという
問題があった。

【００１４】本発明は、このような従来技術の課題を解
決すべくなされたものであり、寿命が長く、しかも駆動
速度の速い高集積度のインクジェットヘッドおよびその
製造方法を提供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明のインクジェット
ヘッドは、液体状のインクを吐出させるオリフィスを有
するオリフィス板と基板とを備えるインクジェットヘッ
ドであって、該オリフィス板と該基板との間に設けられ
たインク室内に、駆動体が、その少なくとも中央部が該
基板から離隔して空隙を有する状態で設けられ、該イン
ク室が、該基板の該オリフィス板側の表層部および該オ
リフィス板の該基板側の表層部のうちの少なくとも一方
を凹状にして形成された主インク供給溝にインク供給路
を介して連通され、該空隙が個別インク供給溝を介して
該主インク供給溝に連通されており、そのことにより上
記目的が達成される。

【００１６】本発明のインクジェットヘッドは、液体状
のインクを吐出させるオリフィスが貫通状態に形成され
たオリフィス板に対して基板が対向配設されてなるイン
クジェットヘッドであって、該オリフィス板と該基板と
の間に設けられたインク室内の該基板に、熱変形する駆
動体が、その中央部を該基板から離隔して空隙を有する
状態で、かつ、周縁部を該基板に固定して設けられ、該
インク室が、該基板の該オリフィス板側の表層部および
該オリフィス板の該基板側の表層部のうちの少なくとも
一方を凹状にして形成された主インク供給溝にインク供
給路を介して連通され、該空隙が個別インク供給溝を介
して該主インク供給溝に連通されており、そのことによ
り上記目的が達成される。

【００１７】本発明のインクジェットヘッドにおいて、
前記主インク供給溝の内部であって、前記基板の上に前
記駆動体を熱変形させるための配線パターンが設けられ
ている構成とすることができる。

【００１８】本発明のインクジェットヘッドにおいて、
前記基板がシリコン単結晶であって、前記インク供給溝
の壁面がシリコン単結晶の＜１１１＞面である構成とす
ることができる。

【００１９】本発明のインクジェットヘッドの製造方法
は、液体状のインクを吐出させるオリフィスが貫通状態
に形成されたオリフィス板に対してシリコン単結晶から
なる基板が対向配設され、該オリフィス板と該基板との
間に設けられたインク室内の該基板に、熱変形する駆動
体が、その中央部を該基板から離隔して空隙を有する状
態で、かつ、周縁部を該基板に固定して設けられ、該イ
ンク室が、該基板の該オリフィス板側の表層部および該
オリフィス板の該基板側の表層部のうちの少なくとも一
方を凹状にして形成された主インク供給溝にインク供給
路を介して連通され、該空隙が個別インク供給溝を介し
て該主インク供給溝に連通されているインクジェットヘ
ッドの製造方法であって、該基板上に酸化膜を形成し、
該酸化膜の少なくとも該個別インク供給溝に対応する部
位を取り除く工程と、該個別インク供給溝に対応する部
位が取り除ぞかれた該酸化膜の上に、第１犠牲層を形成
し、その上に第１犠牲層の端部が露出するように複数の
積層膜を形成する工程と、該第１犠牲層を除去する工程
と、該第１犠牲層の除去された空隙から異方性エッチン
グ液を導入して、シリコン単結晶からなる基板の異方性
エッチングを行う工程とを含み、そのことにより上記目
的が達成される。

【００２０】

【作用】本発明によれば、駆動体が熱変形するタイプの
ものを使用しており、高寿命化を図れる。また、その駆
動体が熱変形するとインク室を加圧し、インクを吐出さ
せるが、駆動体の裏面には空隙が設けられ、その空隙に
まで空気よりも熱伝導率の高いインクが充填されている
ので、駆動体の冷却が速く、高速度で駆動できる。ま
た、その駆動体は、圧電素子のような機械加工を必要と
しないので、高集積化が可能となる。

【００２１】また、その空隙が個別インク供給溝により
主インク供給溝につながっているため、駆動体がインク
室を加圧する際に、裏面の空隙に発生する負圧力が緩和
もしくは生じず、効率的にインク室を加圧することが可
能である。また、主インク供給溝とインク室とがインク
供給溝によりつながっているため、インクをヘッドに補
充することにより、一度にインク補充が可能となる。

【００２２】また、主インク供給溝の内部に配線パター
ンを設けた構成とすると、素子を多数配置した場合でも
必要な面積が小さくなり、基板全体の大きさを小さくで
きる作用がある。

【００２３】また、インク供給溝をシリコン単結晶＜１
１１＞面により構成した場合、フォトリソグラフィーと
異方性エッチングとにより正確な流路を一括して形成で
き、加工精度を高められるばかりでなく、コストの削減
を図れるという作用がある。

【００２４】また、本発明方法によれば、異方性エッチ
ングにより主インク供給溝と、個別インク供給溝を形成
すると、寸法に正確な深い溝を容易に形成できる。この
とき、主インク供給溝を深く、広く形成できると、イン
クの供給がスムーズに行える作用がある。また、個別イ
ンク供給溝を深く広く形成できると、駆動体の裏面への
インクの流通が容易で、駆動体が変形するときの裏面側
の空隙に発生する負圧緩和の作用が大きくなる。

【００２５】

【実施例】以下に本発明の実施例を具体的に説明する。

【００２６】（第１実施例）図１（ａ）は本実施例のイ
ンクジェットヘッドを示す平面図（オリフィス板１０４
を省略した状態で示している。）、図１（ｂ）はその断
面図である。このインクジェットヘッドは、シリコン単
結晶からなる基板１００の上に、基板１００の表層部を
凹状として各々形成された主インク供給溝１０１および
個別インク供給溝１０７が設けられている。また、基板
１００の上には、駆動体１０２、接着層１０３（図示例
では１０３ａ、１０３ｂ）および配線回路１０８（図示
例では１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃ、１０８ｄ）が設
けられており、これらを間に挟んでオリフィス板１０４
が設けられている。オリフィス板１０４と駆動体１０２
と接着層１０３とで囲まれた部分はインク室１０５とな
っており、インク室１０５にはインクが充填されてい
る。

【００２７】上記駆動体１０２は、周辺のみが基板１０
０に固定されているが、中央部には間隙１１０が設けら
れ、基板１００から浮いた状態に保持されていて、上下
に変形することが可能である。接着層１０３ｂには、イ
ンク室１０５と主インク供給溝１０１とを連通するイン
ク供給路１０６が形成されており、主インク供給溝１０
１を送られるインクをインク室１０５へ供給できるよう
になっている。また、駆動体１０２の裏面の間隙１１０
は、前記個別インク供給溝１０７により主インク供給溝
１０１に連通されている。このとき、駆動体１０２は、
上述したように、周辺が基板１００に固定されているた
め、インク室１０５と主インク供給溝１０１とはインク
供給路１０６のみを介して連通し、間隙１１０と主イン
ク供給溝１０１とは個別インク供給溝１０７のみを介し
て連通している。

【００２８】上記駆動体１０２は、内部にヒーター回路
を持ち、ヒーター回路に通電することにより加熱され
る。加熱のための電流は配線回路１０８により供給さ
れ、駆動すべき素子は電流を配線回路１０８に選択的に
流すことにより制御される。駆動体１０２は、加熱され
ることにより基板１００に対して垂直な方向にドーム状
に変形し、インク室１０５の体積を減少させ、インク室
１０５内部の圧力を増大させ、これによりインクをオリ
フィス板１０４に設けたノズル穴１０９より吐出させ
る。

【００２９】かかる構成のインクジェットヘッドにおい
ては、駆動体が熱変形するタイプのものを使用してお
り、高寿命化を図れる。また、その駆動体が熱変形する
とインク室を加圧し、インクを吐出させるが、駆動体の
裏面には空隙が設けられ、その空隙にまで空気よりも熱
伝導率の高いインクが充填されているので、駆動体の冷
却が速く、高速度で駆動できる。また、その駆動体は、
圧電素子のような機械加工を必要としないので、高集積
化が可能となる。

【００３０】また、主インク供給溝１０１および個別イ
ンク供給溝１０７を基板表面に設けたので、作製を表側
から行うことが可能であり、作製プロセスの簡略化を図
れる。また、基板１００に貫通口を設けないので、基板
の強度が低下する心配がない。特に多数の素子、ノズル
を配置したときにこの作用は顕著で、多くの穴を設ける
必要がないので基板１００の強度が低下しない。

【００３１】また、図１においては、素子が４個の場合
を示しているが、実際にはもっと多数の素子が配列され
ているものである。このように素子を多数配置すること
で集積度の高いヘッドを構成することができる。更に、
図１で縦に配列された素子列を横方向に多数配列するこ
とで、より多くの素子を一個のヘッド上に配列でき、集
積度をより高くすることが可能である。この場合、本発
明によれば、前述したように、基板１００に貫通穴を設
けていないため基板１００の強度が低下することがな
く、多くの素子を配列することが可能である。

【００３２】また、特に基板１００に（１１０）シリコ
ン単結晶基板を用いたときには、主インク供給溝１０
１、個別インク供給溝１０７の作製に、異方性エッチン
グを用いることができ、壁面を＜１１１＞結晶面を用い
て構成することが可能であり、正確な壁面を構成するこ
とが可能であり、またコストの軽減を図れる。

【００３３】また、本実施例では、負圧緩和のための主
インク供給溝、個別インク供給溝がシリコン基板の表面
にのみ構成されている。これに対して、これらの供給溝
を裏面から構成して、基板に貫通して設けることも考え
られるが、この場合は立体的な加工が必要となり、特に
表面と裏面のパターン位置を合わせるために別に位置決
め用の穴を設けたり、両面を観察しながら露光するよう
な特殊な露光装置が必要となったりするため、作製プロ
セスが複雑となり、またコストの上昇につながる。本実
施例によればシリコン基板の表面にのみ溝を構成すれば
良いので簡単なプロセスで作製出来るという作用があ
る。また裏面への貫通口を設けないので、多数の素子を
基板に集積した場合でも基板の強度が低下せず、多くの
素子を一体で構成したヘッドを得られるという作用があ
る。

【００３４】なお、本発明で用いられる駆動体の構造と
しては、１例として、図２のような構造を採用すること
が可能である。この駆動体１０２は、座屈体５０１と、
その下部に形成された第１絶縁層５０２と、ヒーター層
５０３と、第２絶縁層５０４と、ダイアフラム５０５と
からなり、ダイアフラム５０５と座屈体５０１とは座屈
体５０１の中央部でのみ連結されている。上記ヒーター
層５０３に電流を流して加熱すると、座屈体５０１が熱
膨張し、それによる圧縮応力が座屈体５０１の座屈限界
を越えたところで、座屈を生じさせて基板に垂直な方向
に変形し、これによってダイアフラム５０５を変形させ
る。この構造においては、ヒーター層５０４及び座屈体
５０１がインク室と離れた位置にあり、インクと、ヒー
ター層５０４及び座屈体とが直接接触しないのでインク
の変質を押さえることが可能である。

【００３５】（第２実施例）図３（ａ）は本実施例のイ
ンクジェットヘッドを示す平面図（オリフィス板２０４
を省略した状態で示している。）、図３（ｂ）はその断
面図である。このインクジェットヘッドは、オリフィス
板２０４の下部に主インク供給溝２０１が設けられてい
る。この主インク供給溝２０１は、主インク供給溝２０
１はオリフィス板２０４に形成されている。

【００３６】基板２００の表面には、駆動体２０２、接
着層２０３（２０３ａ、２０３ｂ）および配線回路２０
８が設けられ、基板２００の上方にはオリフィス板２０
４が対向配設されている。オリフィス板２０４と駆動体
２０２と接着層２０３とで囲まれた部分にインク室２０
５が設けられ、このインク室２０５にはインクが充填さ
れている。

【００３７】上記駆動体２０２は、周辺のみが基板２０
０に固定されているが、中央部には空隙２１０が設けら
れ、基板２００から浮いた状態に保持されていて、上下
に変形することが可能である。接着層２０３ｂには、イ
ンク室２０５と主インク供給溝２０１とを連通するイン
ク供給路２０６が設けられている。また駆動体２０２の
裏面の空隙２１０は、個別インク供給溝２０７により主
インク供給溝２０１につながっている。

【００３８】駆動体２０２は、上述したように、周辺が
基板２００に固定されているため、インク室２０５と主
インク供給溝２０１とはインク供給路２０６のみを介し
て連通し、空隙２１０と主インク供給溝２０１とは個別
インク供給溝２０７をのみ介して連通している。個別イ
ンク供給溝２０７は基板２００表面に凹状なる形状に形
成されている。なお、基板２００に単結晶シリコンを用
いたときに、個別インク供給溝２０１の形成に異方性エ
ッチングを用いて、壁面を＜１１１＞をもって構成する
ことが可能なのは第１実施例と同じである。

【００３９】駆動体２０２は内部にヒーター回路を持
ち、ヒーター回路に通電することにより加熱される。加
熱のための電流は配線回路２０８により供給され、駆動
すべき素子は電流を配線回路に２０８に選択的に流すこ
とにより制御出来る。駆動体２０２は、加熱されること
により、基板２００に対して垂直な方向にドーム状に変
形し、インク室２０５の体積を減少させ、インク室２０
５の内部の圧力を増大させ、これによりインクをオリフ
ィス板２０４に設けたノズル穴２０９から吐出させる。
駆動体２０２の構造については、図２と同じような構成
を取ることが可能である。

【００４０】したがって、本実施例による場合には、駆
動体が熱変形するタイプのものを使用しており、高寿命
化を図れる。また、その駆動体が熱変形するとインク室
を加圧し、インクを吐出させるが、駆動体の裏面には空
隙が設けられ、その空隙にまで空気よりも熱伝導率の高
いインクが充填されているので、駆動体の冷却が速く、
高速度で駆動できる。また、その駆動体は、圧電素子の
ような機械加工を必要としないので、高集積化が可能と
なる。

【００４１】また、本実施例では負圧緩和のためのイン
ク主供給溝がオリフィス基板の裏面に構成されている。
これに対して、これらの供給溝を裏面から構成して、基
板に貫通して設けることも考えられるが、この場合は立
体的な加工が必要となり、特に表面と裏面のパターン位
置を合わせるために別に位置決め用の穴を設けたり、両
面を観察しながら露光するような特殊な露光装置が必要
となったりするため、作製プロセスが複雑となり、また
コストの上昇につながる。また、本実施例によればオリ
フィス基板の裏面に溝を構成すれば良いので、シリコン
基板側を作製するプロセスとは切り離して別のプロセス
で作製でき、シリコン基板側作製プロセスの工程数を低
減して、作製コストを低減できる作用がある。また主イ
ンク供給溝の大きさを（流路の断面積）を大きくでき、
インクの供給をスムーズに低減できるという作用もあ
る。特に、主インク供給溝の流路抵抗を小さくしてイン
クの供給をスムーズに行うことができる。また裏面への
貫通口を設けないので、多数の素子を基板に集積した場
合でも基板の強度が低下せず、多くの素子を一体で構成
したヘッド得られるという作用がある。なお、図示例で
は、素子を４個配列した構成としているが、多数配置す
ることで集積度の高いヘッドを構成することができる。

【００４２】（第３実施例）図４（ａ）は本実施例のイ
ンクジェットヘッドを示す平面図（オリフィス板３０４
を省略した状態で示している。）、図４（ｂ）はその断
面図である。このインクジェットヘッドは、オリフィス
基板３０４の下部に該オリフィス基板３０４を凹状にし
てなる主インク供給溝３０１が設けられている。基板３
００の表面には、駆動体３０２、接着層３０３（図示例
では３０３ａ、３０３ｂ）および配線回路３０８が設け
られている。この配線回路３０８は、上記主インク供給
溝３０１の内部に配設されている。

【００４３】基板３００の上には、オリフィス板３０４
が対向配設され、オリフィス板３０４と駆動体３０２と
接着層３０３とで囲まれた部分にはインク室３０５が設
けられ、このインク室３０５にはインクが充填されてい
る。駆動体３０２は周辺のみが基板３００に固定されて
いるが、中央部には空隙３１０が設けられ、基板３００
から浮いた状態に保持されていて、上下に変形すること
が可能である。

【００４４】上記接着層３０３ｂには、インク室３０５
と主インク供給溝３０１とに連通するインク供給路３０
６が設けられている。また、駆動体３０２の裏面の空隙
３１０は、個別インク供給溝３０７により主インク供給
溝３０１に連通している。駆動体３０２は周辺が基板３
００に固定されているため、インク室３０５と主インク
供給溝３０１とはインク供給路３０６のみを介して連通
し、空隙３１０と主インク供給溝３０１とは個別インク
供給溝３０７のみを介して連通している。この個別イン
ク供給溝３０７は基板３００表面に凹状なる形状に形成
され、個別インク供給溝を＜１１１＞シリコン単結晶面
を用いて構成できるのは第１実施例と同じである。

【００４５】駆動体３０２は内部にヒーター回路を持
ち、ヒーター回路に通電することにより加熱される。加
熱のための電流は配線回路３０８により供給され、駆動
すべき素子は電流を配線回路３０８に選択的に流すこと
により制御出来る。駆動体３０２は加熱されることによ
り基板３００に対して垂直な方向にドーム状に変形し、
インク室３０５の体積を減少させ、インク室３０５内部
の圧力を増大させ、これによりインクをオリフィス板３
０４に設けたノズル穴３０９から吐出させる。したがっ
て、本実施例においては、駆動体が熱変形するタイプの
ものを使用しており、高寿命化を図れる。また、その駆
動体が熱変形するとインク室を加圧し、インクを吐出さ
せるが、駆動体の裏面には空隙が設けられ、その空隙に
まで空気よりも熱伝導率の高いインクが充填されている
ので、駆動体の冷却が速く、高速度で駆動できる。ま
た、その駆動体は、圧電素子のような機械加工を必要と
しないので、高集積化が可能となる。

【００４６】また、主インク供給溝３０１はヒーター回
路への配線回路３０８の上部に位置するように構成され
ているため、本来配線回路３０８を配置するのに必要な
部分と、主インク供給溝３０１を構成するのに必要だっ
た部分とを共有して配置できるので、全体の面積を削減
できる。

【００４７】なお、図４においては４個の素子を設けた
構成としているが、多数配置することで集積度の高いヘ
ッドを構成することができる。駆動体２０２の構造につ
いては図２と同じような構成を取ることが可能である。

【００４８】（作製プロセス）次に、本発明のインクジ
ェットヘッドの製造方法について説明する。

【００４９】図５および図６は、第１実施例のインクジ
ェットヘッドの作製プロセスを示したものである。ここ
で、図５の右側の図５（ａ）は平面図で、左側の図５
（ａ’）はこの平面図のＡ−Ａ’線による断面図を示し
ている。なお、このことは、図５（ｂ）、（ｂ’）〜図
６（ｇ）、（ｇ’）においても同様である。

【００５０】先ず、図５（ａ）、（ａ’）に示すよう
に、単結晶シリコンからなる基板４０１の両面に酸化膜
４０２を形成する。酸化膜４０２は、蒸着、スパッタな
どにより酸化シリコンを付着させてもよいが、通常は基
板４０１を酸素雰囲気中で加熱して表面を酸化させてな
る熱酸化膜を用いるのが良い。

【００５１】次に、酸化膜４０２にリソグラフィーによ
るパターンを形成し、エッチングまたはイオンミリング
による加工を行い、異方性エッチング窓４０３を形成す
る。なお、この異方性エッチング窓４０３は、後の工程
で個別インク供給溝の形成される部分４０３Ａと主イン
ク供給溝の形成される部分４０３Ｂとになる。

【００５２】次に、図５（ｂ）、（ｂ’）に示すよう
に、第１犠牲層４０４を形成し、これをパターン形成す
る。第１犠牲層４０４の材料としてはフォトレジスト、
アルミニウム（Ａｌ）、ポリイミド樹脂等を用いること
が可能である。第１犠牲層４０４は、後の工程でダイア
フラムがこの上に形成されるため、ダイアフラムに対応
した形状としておく。

【００５３】次に、図５（ｃ）、（ｃ’）に示すよう
に、下部絶縁層４０５Ａ、ヒーター層４０６、上部絶縁
層４０５Ｂを順次積層し、パターニングする。上部絶縁
層４０５Ｂには電流供給用パッド部分４２０Ａ、４２０
Ｂ、４２０Ｃに対応する部分に窓を開け、後の工程でメ
ッキで積層形成する配線層及び座屈体層と電気的な導通
を取れるようにする。ヒーター層４０６の一端は配線層
に接続され、もう一端は、座屈体層と全素子共通で接続
しコモンラインとする。座屈体層とヒーター層４０６と
は絶縁層４０５で絶縁されているため、配線が短絡する
ことはない。絶縁性４０５はＳｉＯ，ＳｉＯ₂，Ｓｉ
Ｎ，ＡｌＮ，Ａｌ₂Ｏ₃を用いることが可能である。

【００５４】次に、図５（ｄ）、（ｄ’）に示すよう
に、導電層４０７を形成する。続いて、導電層４０７に
パターニングを行って、後で形成するレジストフォーム
の座屈体周囲に対応する部分の導電層４０７Ａを除去し
ておく。

【００５５】次に、フォトレジストでバックリング体メ
ッキのためのレジストフォーム４０８（右上がりの斜線
部分）を形成し、導電層４０７を陰極としてメッキを行
い、座屈体４０９を形成する。導電層４０７としてはＮ
ｉ，Ａｌ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｃｏなどを用いることが可能で
ある。座屈体４０９の材料としてはＮｉ，Ｃｕ，Ｆｅ，
Ｃｏまたはそれらの合金を用いることが可能である。ま
た、このように座屈体４０９を形成すると、同時に、配
線層４２１を形成できる。配線層４２１は座屈体４０９
と同じくメッキで同時に形成され、前段のプロセスで形
成されたパッド４２０Ａを介してヒーター層４０６と接
続される。ヒーター層４０６のもう一端はパッド４２０
Ｂ、４２０Ｃによって座屈体４０９に接続され、共通の
コモンラインとなる。

【００５６】次に、図６（ｅ）、（ｅ’）に示すよう
に、第２犠牲層４１０を形成し、パターニングした後、
ダイアフラム４１１（図２の５０５に相当）をメッキで
形成する。第２犠牲層４１０の材料としては第１犠牲層
と同じ材料を用いることが可能である。また、ダイアフ
ラム４１１の材料としては座屈体４０９と同じ材料を用
いることが可能である。

【００５７】ここまでのパターン形成で、第１犠牲層４
０４の上に形成するパターンについては、最終的に第１
犠牲層４０４の端部４１４が座屈体４０９の端から露出
するようにする。これはエッチング液がそこから入り込
んで、第１犠牲層４０４の除去が行われるようにするた
めである。個別インク供給溝の形成される部分４０３Ａ
により、後で形成される個別インク供給溝はダイアフラ
ム４１１によりインク室と隔離され、個別インク供給溝
のみを介してインク室と主インク供給溝とがつながるよ
うなパターン配置とする。

【００５８】次に、図６（ｆ）、（ｆ’）に示すよう
に、外部に露出しているレジストフレーム４０８を除去
する。すると、その下部に導電層４０７が露出するので
これも除去する。除去にはイオンミリングを用いること
が可能である。

【００５９】次に、第１犠牲層４０４をエッチング液で
除去する。エッチング液は犠牲層４０４の露出した端部
４１４を除去しながら次第に側方に進行して、内部に侵
入し、最終的には第１犠牲層４０４を完全に除去する。

【００６０】次に、図６（ｇ）、（ｇ’）に示すよう
に、異方性エッチング液を用い、異方性エッチング窓４
０３より基板４０１の異方性エッチングを行い、主イン
ク供給溝４１２（図１の１０１に相当）、個別インク供
給溝４１３（図１の１０７に相当）を形成する。このと
き、異方性エッチング液は、前段階で除去された第１犠
牲層のあった空隙部分に入って、基板４０１の個別イン
ク供給溝４１３部分をエッチングする。基板４０１とし
て（１００）面シリコン単結晶を用い、異方性エッチン
グ液として水酸化カリウム（ＫＯＨ）溶液を用いると＜
１１１＞面により構成される壁面が残る。

【００６１】異方性エッチングにより個別インク供給溝
４１３、主インク供給溝４１２を形成すると、寸法的に
正確な深い溝を容易に形成できる。よって、図１に示す
ように、主インク供給溝１０１を深く広く形成できる
と、インクの流路抵抗が小さくなり、インクの供給がス
ムーズに行える作用がある。また個別インク供給溝１０
７を深く広く形成できると、駆動体１０２の裏面へのイ
ンクの流通が容易で、駆動体１０２が変形するときの裏
面空隙１１０に発生する負圧緩和の作用が大きくなる。
このため駆動体１０２が動くときの抵抗力を小さくする
ことができる。

【００６２】次に、図６（ｈ’）に示すように、第１犠
牲層４０４の空隙部分からエッチング液を導入し、レジ
ストフレーム４０８、第２犠牲層４１０を除去する。

【００６３】この後、以上のようにして作製した基板の
上にオリフィス板を接着し完成となる。接着はオリフィ
ス基板に接着層を塗布し、これにインク供給路をパター
ニングした上で行うことができる。

【００６４】なお、第２、第３の実施例についても、作
製するパターンが主インク供給溝の有無など若干異なる
だけで、第１実施例の作製プロセスと同じ方法で行うこ
とが可能である。

【００６５】オリフィス板については材料として感光性
ガラス、ＰＳ（ポリサルフォン）樹脂、ＰＥＳ（ポリエ
ーテルサルフォン）樹脂等を用いることが可能である。

【００６６】

【発明の効果】本発明によれば、駆動体が熱変形するタ
イプのものを使用しており、高寿命化を図れる。また、
その駆動体が熱変形するとインク室を加圧し、インクを
吐出させるが、駆動体の裏面には空隙が設けられ、その
空隙にまで空気よりも熱伝導率の高いインクが充填され
ているので、駆動体の冷却が速く、高速度で駆動でき
る。また、その駆動体は、圧電素子のような機械加工を
必要としないので、高集積化が可能となる。

【００６７】また、主インク供給溝の内部に配線パター
ンを設けた構成とすると、素子を多数配置した場合でも
必要な面積が小さくなり、基板全体の大きさを小さくで
きる。また、インク供給溝をシリコン単結晶＜１１１＞
面により構成した場合、フォトリソグラフィーと異方性
エッチングとにより正確な流路を一括して形成でき、加
工精度を高められるばかりでなく、コストの削減を図れ
る。また、本発明方法によれば、異方性エッチングによ
り主インク供給溝と、個別インク供給溝を形成すると、
寸法に正確な深い溝を容易に形成できる。このとき、主
インク供給溝を深く、広く形成できると、インクの供給
がスムーズに行える。また、個別インク供給溝を深く広
く形成できると、駆動体の裏面へのインクの流通が容易
で、駆動体が変形するときの裏面側の空隙に発生する負
圧緩和の作用が大きくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は第１実施例のインクジェットヘッドを
示す平面図、（ｂ）はその断面図である。

【図２】本発明に用いることができる駆動体の一例を示
す断面図である。

【図３】（ａ）は第２実施例のインクジェットヘッドを
示す平面図、（ｂ）はその断面図である。

【図４】（ａ）は第３実施例のインクジェットヘッドを
示す平面図、（ｂ）はその断面図である。

【図５】第１実施例のインクジェットヘッドの作製プロ
セスを示す図であり、図右側の（ａ）〜（ｄ）は平面
図、左側の（ａ’）〜（ｄ’）はその断面図である。

【図６】第１実施例のインクジェットヘッドの作製プロ
セスを示す図であり、図右側の（ｅ）〜（ｇ）は平面
図、左側の（ｅ’）〜（ｈ’）は断面図である。

【図７】従来のインクジェットヘッドの示す断面図であ
る。

【図８】従来の他のインクジェットヘッドの示す斜視図
である。

【図９】従来の更に他のインクジェットヘッドの作製途
中を示す平面図である。

【符号の説明】

１００基板１０１主インク供給溝１０２駆動体１０３ａ、１０３ｂ接着層１０４オリフィス板１０５インク室１０６インク供給路１０７個別インク供給溝１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃ、１０８ｄ配線回路１０９ノズル穴１１０間隙２００基板２０１主インク供給溝２０２駆動体２０３ａ、２０３ｂ接着層２０４オリフィス板２０５インク室２０６インク供給路２０７個別インク供給溝２０８配線回路２０９ノズル穴２１０空隙４０４第１犠牲層４１０第２犠牲層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者石井頼成大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号シャープ株式会社内 (72)発明者阿部新吾大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号シャープ株式会社内 (72)発明者木村正治大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号シャープ株式会社内 (72)発明者堀中大大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号シャープ株式会社内 (72)発明者恩田裕大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号シャープ株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】液体状のインクを吐出させるオリフィス
を有するオリフィス板と基板とを備えるインクジェット
ヘッドであって、該オリフィス板と該基板との間に設けられたインク室内
に、駆動体が、その少なくとも中央部が該基板から離隔
して空隙を有する状態で設けられ、該インク室が、該基
板の該オリフィス板側の表層部および該オリフィス板の
該基板側の表層部のうちの少なくとも一方を凹状にして
形成された主インク供給溝にインク供給路を介して連通
され、該空隙が個別インク供給溝を介して該主インク供
給溝に連通されているインクジェットヘッド。
【請求項２】液体状のインクを吐出させるオリフィス
が貫通状態に形成されたオリフィス板に対して基板が対
向配設されてなるインクジェットヘッドであって、該オリフィス板と該基板との間に設けられたインク室内
の該基板に、熱変形する駆動体が、その中央部を該基板
から離隔して空隙を有する状態で、かつ、周縁部を該基
板に固定して設けられ、該インク室が、該基板の該オリ
フィス板側の表層部および該オリフィス板の該基板側の
表層部のうちの少なくとも一方を凹状にして形成された
主インク供給溝にインク供給路を介して連通され、該空
隙が個別インク供給溝を介して該主インク供給溝に連通
されているインクジェットヘッド。
【請求項３】前記主インク供給溝の内部であって、前
記基板の上に前記駆動体を熱変形させるための配線パタ
ーンが設けられている請求項１または２に記載のインク
ジェットヘッド。
【請求項４】前記基板がシリコン単結晶であって、前
記インク供給溝の壁面がシリコン単結晶の＜１１１＞面
である請求項１または２に記載のインクジェットヘッ
ド。
【請求項５】液体状のインクを吐出させるオリフィス
が貫通状態に形成されたオリフィス板に対してシリコン
単結晶からなる基板が対向配設され、該オリフィス板と
該基板との間に設けられたインク室内の該基板に、熱変
形する駆動体が、その中央部を該基板から離隔して空隙
を有する状態で、かつ、周縁部を該基板に固定して設け
られ、該インク室が、該基板の該オリフィス板側の表層
部および該オリフィス板の該基板側の表層部のうちの少
なくとも一方を凹状にして形成された主インク供給溝に
インク供給路を介して連通され、該空隙が個別インク供
給溝を介して該主インク供給溝に連通されているインク
ジェットヘッドの製造方法であって、該基板上に酸化膜を形成し、該酸化膜の少なくとも該個
別インク供給溝に対応する部位を取り除く工程と、該個別インク供給溝に対応する部位が取り除ぞかれた該
酸化膜の上に、第１犠牲層を形成し、その上に第１犠牲
層の端部が露出するように複数の積層膜を形成する工程
と、該第１犠牲層を除去する工程と、該第１犠牲層の除去された空隙から異方性エッチング液
を導入して、シリコン単結晶からなる基板の異方性エッ
チングを行う工程とを含むインクジェットヘッドの製造
方法。